一种应用于城市轨道交通的应急牵引系统技术方案

本发明专利技术涉及一种应用于城市轨道交通的应急牵引系统，包括供电网络、城轨车辆的辅助系统、主牵引逆变器、牵引电机、电力变换装置、储能元件和总控制器，供电网络的输出端分别连接电力变换装置、主牵引逆变器和城轨车辆的辅助系统；所述储能元件一端与供电网络高压侧连接，一端与供电网络连接；所述电力变换装置的高压侧与主牵引逆变器和城轨车辆的辅助系统相连，低压侧与储能元件相连；所述牵引电机连接主牵引逆变器的输出端，驱动列车运行；供电网络、城轨车辆的辅助系统、主牵引逆变器、牵引电机、电力变换装置和储能元件分别通过通讯总线连接总控制器。本系统适用的电压等级更高，体积更小，牵引负载更大，牵引距离更远，可靠性好、控制灵活，寿命长，应用范围广，投资回报时间较短。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种应用于城市轨道交通的应急牵弓I系统。
技术介绍
蓄电池、超级电容器和飞轮作为三种主要应用于城市轨道交通的储能元件，其中蓄电池的能量密度大，功率密度较小，可存储的能量较多，放电电流平稳。但充电时间长，充放电电流较小，对温度敏感，循环次数少，寿命短；而超级电容器的功率密度高，能量密度较小，充放电电流大，能量转换效率高，循环寿命长，安全系数高，适用温度范围宽，绿色环保；飞轮同样有大功率密度，长寿命，对并环境友好，能量利用率高，但价格昂贵，安全性有待提高。在750V网压下，庞巴迪有将超级电容器装车作制动能量回收用，也有将蓄电池单独安装作为空车回库的动力源，但是目前仍未有混合储能装置在1500V网压下的应用，同时利用车载储能系统实施重载紧急移车在国内也属首次。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种应用于城市轨道交通的应急牵引系统。本专利技术提出的应用于城市轨道交通的应急牵引系统，包括供电网络10、城轨车辆的辅助系统20、主牵引逆变器30、牵引电机31、电力变换装置40、储能元件41和总控制器 50，供电网络10的输出端分别连接电力变换装置40、主牵引逆变器30和城轨车辆的辅助系统20 ；所述储能元件41 一端与供电网络10高压侧连接，一端与供电网络10连接；所述电力变换装置40的高压侧与主牵引逆变器30和城轨车辆的辅助系统20相连，低压侧与储能元件41相连；所述牵引电机31连接主牵引逆变器30的输出端，驱动列车运行；供电网络10、城轨车辆的辅助系统20、主牵引逆变器30、牵引电机31、电力变换装置40和储能元件41分别通过通讯总线连接总控制器50。本专利技术中，所述供电网络10为牵引变电站或馈电网络等中任一种，是列车正常运行时列车牵引吸收功率能量并在制动时反馈功率能量的地方。通常指架空供电线路。其输出端分别与所述的电力变换装置、牵引逆变器、辅助系统相连。本专利技术中，所述储能元件41包括在正常运营时制动能量回收用，在应急情况下提供大功率充放电的超级电容器串并联电路，以及用于提供高能量的多节蓄电池串并联电路。其一端与供电网络相连，一端与电力变换装置相连，并通过通讯总线向总控制器提供如剩余荷电状态等相应数据。本专利技术中，所述的用于控制能量变换及充放电管理的电力变换装置，受总控制器的控制，反映能量变换状态。其高压侧与电网、牵引逆变器和辅助系统相连，其低压侧与不同的储能元器件相连。本专利技术中，所述的用于控制列车工作的牵引电机接主牵引逆变器的输出，驱动列车运行，并受总控制器监控，使其在稳定工作条件下运行。本专利技术中，所述的用于除牵引功率能量需求外功耗能耗的辅助系统，与供电电网和电力变换装置相连，并受总控制器控制，用以在正常运行中监控运行并在应急条件下适时切除不需要的辅助负载以节省能量。本专利技术中，所述的控制以上所有单元的总控制器与上述系统部分均通过通讯总线相连，监控不同单元的工作状态，诊断故障原因，调节能量功率输出，达到优化控制、节能及环境友好的目的。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点1.本专利技术解决了因供电中断而造成的部分区间乃至整条线路停运问题，利用储能装置的事前电力储备实施自牵引，按剩余功率能量将车辆移动至安全地段。很大程度上降低由供电系统的失效而导致的乘客积压滞留几率，避免地下运营的线路在失去供电后狭小昏暗空间极易导致的恐慌等一些极端情况和次生灾害及由其导致的公共安全、公共关系问题。2.本专利技术能在更高的网压下工作，目前已经出现的储能系统一般工作在750V的网压下，不能满足国内如上海等地区的1500V触网要求。3.本专利技术的牵引负载更大，有别于国外部分应用于小型轻型的有轨列车，本专利技术针对的是城市大客流的轨道交通，面向正线最高AW3负载下的列车予以牵引。4.本专利技术当出现触网故障后根据剩余功率能量，通过不同控制选择高速移车或是长距离移车模式，相应节省调度车辆救援所需的时间，加快了救援速度或是相应降低了救援难度。5.本专利技术在电网正常供电时，可以大大提高车辆制动能量的利用率，通过车载储能装置短时大电流充电将这部分能量进行临时储存，并在车辆启动、爬坡运行等大功率需求时予以释放，降低对触网的能耗功耗需求，实现节能的目的。6.本专利技术综合了超级电容器与蓄电池的各自优点，利用蓄电池高能量比、超级电容高功率比的特点，限制混合储能元件的重量、体积，有利于直接将系统安装在城轨车辆中，提高效率，解决地面级储能系统无法避免的传输线路损耗、线路短路断路而无法传递能量功率等问题。7.本专利技术可以减少新线路上的变电站数量，节省新线路的变电站投资，延长现有变电站级馈电线路的使用寿命，考虑到日趋上涨的工业用电费用，投资回报比较明显，并有绿色环保作用。附图说明图1为本专利技术的实施例的示意图。图2为本专利技术的状态流图。图3为本专利技术的应急流程图。图中标号10为供电网络，20为城轨车辆的辅助系统，30为主牵引逆变器，31为牵弓丨电机，40为电力变换装置，41为储能元件，50为总控制器。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。实施例1 应用于城市轨道交通的应急牵引系统。包括用于提供电能的供电网络10，用于高能量或是大功率放电的储能元件41，用于控制能量变换以及充放电管理的电力变换装置40，用于控制列车工作、驱动列车运行的牵引电机31，用于除牵引功率能量需求外功耗能耗的辅助系统20及用于控制以上所有单元的总控制器50。所述的用于提供电能的供电网络10，包括牵引变电站、馈电网络等，是列车正常运行时列车牵引吸收功率能量并在制动时反馈功率能量的地方，通常指架空供电线路。其输出端分别与所述的电力变换装置40、主牵引逆变器30、城轨车辆的辅助系统20相连。所述的用于高能量、大功率放电的储能元件20，包括在正常运营时制动能量回收用，在应急情况下提供大功率充放电的超级电容器串并联电路，以及用于提供高能量的多节蓄电池串并联电路。其一端与供电网络10相连，一端与电力变换装置40相连，并通过通讯总线向总控制器提供如剩余荷电状态等相应数据。所述的用于控制能量变换及充放电管理的电力变换装置40，受总控制器50的控制，反映能量变换状态。其高压侧与供电网络10、主牵引逆变器 30和城轨车辆的辅助系统20相连，其低压侧与不同的储能元器件相连。所述的用于控制列车工作的交流电机接牵引逆变器的输出，驱动列车运行，并受总控制器50监控，使其在稳定工作条件下运行。所述的用于除牵引功率能量需求外功耗能耗的辅助系统，与供电网络 10和电力变换装置40相连，并受总控制器50控制，用以在正常运行中监控运行并在应急条件下适时切除不需要的辅助负载以节省能量。所述的控制以上所有单元的总控制器50与上述系统部分均通过通讯总线相连，监控不同单元的工作状态，诊断故障原因，调节能量功率输出，达到优化控制、节能及环境友好的目的。本实施例为本专利技术在城市轨道交通制动能量回收及应急牵引中的应用如图1所示，10表示的是供电网络，其在正常情况下给城轨列车提供所需的功率和能量。20表示的是城轨车辆的辅助系统，它包括了空调、闭路电视、照明、通讯等多种设备。 3x(x为(Tl)表示的是城轨车辆的主牵引部分，其中30为主牵引逆变器，31为牵引电机，一般城市轨道交通车辆一节动车将会配备1台主牵引逆变器和4台牵引电机，在应急情况下将根据能耗本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种应用于城市轨道交通的应急牵引系统，包括供电网络（１０）、城轨车辆的辅助系统（２０）、主牵引逆变器（３０）、牵引电机（３１）、电力变换装置（４０）、储能元件（４１）和总控制器（５０），其特征在于供电网络（１０）的输出端分别连接电力变换装置（４０）、主牵引逆变器（３０）和城轨车辆的辅助系统（２０）；所述储能元件（４１）一端与供电网络（１０）高压侧连接，一端与供电网络（１０）连接；所述电力变换装置（４０）的高压侧与主牵引逆变器（３０）和城轨车辆的辅助系统（２０）相连，低压侧与储能元件（４１）相连；所述牵引电机（３１）连接主牵引逆变器（３０）的输出端，驱动列车运行；供电网络（１０）、城轨车辆的辅助系统（２０）、主牵引逆变器（３０）、牵引电机（３１）、电力变换装置（４０）和储能元件（４１）分别通过通讯总线连接总控制器（５０）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：袁登科，顾帅，韦莉，李济棋，姚勇涛，沈小军，周巧莲，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：31